BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
3.4. Perhitungan beban struktur atas jembatan 1. Beban sendiri (MS)
Dimensi Box girder
Berikut ini adalah demensi ukuran box girder yang diambil sesuai data yang didapat dari Balai Teknik Perkeretaapian Wilayah Sumatera Bagian Utara tentang Pekerjaan Pembangunan KA layang Medan-Kualanamu dapat dilihat pada Gambar 3.3.
69 Gambar 3.3: Dimensi Box girder
Perhitungan berat box girder sesuai dimensi yang telah ada dapat dihitung pada Tabel 3.2.
Tabel 3.2: Berat box girder No
Dimensi
Jumlah Tampang
Volume (m3)
Berat Jenis (Kg/m3)
Berat (Kg/m) Lebar (m) Tinggi (m)
1 10,5 0,3 1 3,15 2500 7875
2 3 0,34 2 2,04 2500 5100
3 0,96 0,2 2 0,384 2500 960
4 0,3 2,1 2 1,26 2500 3150
5 0,6 0,15 2 0,09 2500 225
6 3,7 0,25 1 0,925 2500 2312,5
Jumlah berat box girder (kN/m) 19622,5
Berat dinding tepi/ pembatas
Berikut ini adalah dimensi dinding tepi/pembatas pada box girder pada fly over yang dapat dilihat pada Gambar 3.4.
Gambar 3.4: Dinding pembatas.
70 Perhitungan berat box girder sesuai dimensi yang telah ada dapat dihitung pada Tabel 3.3.
Tabel 3.3: Berat dinding tepi/pembatas
No Dimensi
Luas (m2)
Berat Jenis (Kg/m3)
Berat (Kg/m) Lebar (m) Tinggi (m)
1 0,2 1,45 0,29 2500 725
2 3 0,34 0,051 2500 127,5
3 0,3 0,1 0,03 2500 75
4 0,7 0,1 0,07 2500 175
5 0,1 0,6 0,06 2500 150
Berat Total 1 Penampang (kg/m) 1252,5
2 Penampang (kg/m) 2505
Dari perhitungan diatas maka didapat total berat akibat beban sendiri yaitu:
Total berat sendiri = berat box girder + berat dinding tepi
= 19622,5 + 2505 = 22127,5 kg/m Momen maks. (Mms) = 1/8 x Q x L2
= 1/8 x 22127,5 x 402
= 4425500 kgm Gaya geser (Vms) = ½ x Q x L
= ½ x 22127,5 x 40
= 442550 kg 2. Beban mati tambahan (MA)
Dimensi bantalan untuk lebar jalan rel 1067 mm
Panjang = 2 m
Lebar = 0,26 m
Tinggi max = 0,22 m
Bj. Beton = 2400 kg/m3
71
Berat bantalan = (1 x 0,22 x 0,26 x 2400) x 2
= 274,56 kg Jarak antar bantalan = 0,6 m
Banyak bantalan = 40/0,6 = 67 bantalan
Untuk jarak bantalan 0,6 m dan lebar bantalan 0,26 m dapat digunakan 2 bantalan permeter nya. Maka didapat berat bantalan permeternya adalah 2 x 274,56 = 549,12 kg/m.
Berat bantalan untuk 2 jalur = 2 x 549,12 kg/m = 1098,24 kg/m
Berat rel tipe R50 diperoleh sesuai dari PM. 60 Tahun 2012 Tentang Persyaratan Teknis Jalur Kereta Api pada Tabel 3.4.
Tabel 3.4: Tipe rel dan dimensi penampang rel (PM. Nomor 60 Tahun 2012).
Besaran Geometrik Rel Tipe Rel
R42 R50 R54 R60
H (mm) 138,00 153,00 159,00 172,00
B (mm) 110,00 127,00 140,00 150,00
C (mm) 68,50 65,00 70,00 74,30
D (mm) 13,50 15,00 16,00 16,50
E (mm) 40,50 49,00 49,40 51,00
F (mm) 23,50 30,00 30,20 31,50
G (mm) 72,00 76,00 74,79 80,95
R (mm) 320,00 500,00 508,00 120,00
A (cm2) 54,26 64,20 69,34 76,86
W (kg/m) 42,59 50,40 54,43 60,34
IX (cm4) 169 1960 2346 3055
Yb (mm) 68,50 71,60 76,20 80,95
A (cm2) = luas penampang W (kg/m) = berat rel permeter
IX (cm4) = momen inersia terhadap sumbu x A (cm2) = luas penampang
Yb (mm) = jarak tepi bawah rel ke garis netral
72 Didapat untuk berat rel tipe R50 adalah 50,40 kg/m untuk satu penampang, dalam perencanaan satu jalur memiliki 2 penampang rel maka berat rel 50,40 x 2 = 100,8 kg/m untuk satu jalur. Untuk berat rel 2 jalur adalah = 108,86 x 2 = 201,6 kg/m.
Berat balas dengan krikil
Tebal = 0,5 m
Lebar = 8,5 m
Bj kerikil = 2000 kg/m3
Berat kerikil ( t x l x Bj) = 0,5 x 8,5 x 2000
= 8500 kg/m
Bj. Air = 1000 kg/m
Tinggi genangan air = 0,05 m
Lebar = 8,5
Berat genangan air ( t x Bj ) = 0,05 x 8,5 x 1000
= 425 kg/m
Dari perhitungan diatas maka didapat total berat akibat beban mati tambahan yaitu:
Total B.M tambahan = berat rel + berat bantalan + ballast + genangan air
= 549,12 + 201,6 + 8500 + 425
= 9635,72 kg/m Momen maks. (Mms) = 1/8 x Q x L2
= 1/8 x 9635,72 x 402
= 1935144 kgm Gaya geser (Vms) = ½ x Q x L
= ½ x 9635,72 x 40
= 193514,4 kg 3. Beban lajur (TD)
Dilihat dari skema pembebanan rencana muatan 1921 PM. 60 Tahun 2012 Tentang Persyaratan Teknis Jalur Kereta Api untuk beban gandar sampai dengan 18 ton. Dimensi kereta api yang digunakan dapat dilihat
73 pada Gambar 3.5 dan dalam perencanaan ini digunakan beban gandar sebagai berikut:
Beban Gandar = 12 ton
Jumlah gerbong = 3 gerbong ( 1 gerbong terdapat 4 gandar).
Berat Kereta api = 12 ton x 12 gandar
= 144 ton
Jumlah kereta api = 2 x 144 ton
= 288 ton
Gambar 3.5: Dimensi kereta api
Panjang kereta api = 39,6 m
Beban pekerja (menurut PPIUG) = 100 kg/m
4. Beban kejut
Sesuai peraturan pembebanan muatan 1921 PM. 60 Tahun 2012 Tentang Persyaratan Teknis Jalur Kereta Api Beban kejut diperoleh dengan mengalikan faktor i terhadap beban kereta.
= 0,1 +
= 0,1 +
Beban kejut = (koef. factor i x
) x banyak jalur
= (0,35 x
)
x 2= 2.54 ton/m x 2 kereta = 5,08 ton/m
74 5. Beban pengereman (TB)
Berdasarkan PM no 60 Tahun 2012 tentang persyaratan teknis jalur kereta api beban pengereman dan traksi masing-masing adalah 25%
dari beban kereta, bekerja pada pusat gaya berat kereta ke arah rel (secara longitudinal). Beban rencana kereta api adalah 12 ton/gandar, setiap gerbong ada 4 gandar. Direncanakan 3 gerbong dalam melintasi jembatan. Jadi beban total seluruh dari kereta api dalam 2 jalur adalah 288 ton.
25 % x beban kereta api = 25% x 288 ton = 72 ton
Untuk mendapatkan nilai beban rem maka, nilai beban kejut + beban rem = 5,08 + 72 ton = 77,08 ton/m untuk 2 kereta. Jika untuk 1 kereta maka, 77,08/2 = 38,54 ton/m.
6. Beban angin pada struktur (Ews)
Sesuai peraturan pembebanan muatan 1921 PM. 60 Tahun 2012 Tentang Persyaratan Teknis Jalur Kereta Api beban angin Pada struktur 3.0 kN/m2 pada areal proyeksi vertikal jembatan tanpa kereta di atasnya. Namun demikian, 2.0 kN/m2, pada areal proyeksi rangka batang pada arah datangnya angin, tidak termasuk areal sistem lantai. = 3,0 kN/m2
7. Beban angin pada kendaraan (Ewl)
Sesuai peraturan pembebanan muatan 1921 PM. 60 Tahun 2012 Tentang Persyaratan Teknis Jalur Kereta Api beban angin pada kendaraan 1,5 kN/m2 pada areal kereta dan jembatan, dengan kereta di atasnya, pengecualian 1.2 kN/m2 untuk jembatan selain gelagar.
8. Pengaruh susut dan rangkak (SH)
Pengaruh susut dan rangkak beton pada jembatan fly over menggunakan RSNI T-12-2004 perencanaan struktur beton untuk jembatan. Berikut ini asumsi data yang direncanakan:
75 1. Kelembaban relatif udara setempat H = 50%
2. Ketebalan minimum komponen beton d = 50 cm 3. Konsistensi (Slump) adukan beton s = 12 cm 4. Kadar agregat halus dalam beton F = 48%
5. Pengaruh semen dalam beton B = 850 Kg/m3 6. Kadar udara dalam beton AC = 2%
Susut
Berdasarkan RSNI T-12-2004 perencanaan struktur beton untuk jembatan, susut pada beton dipengaruhi oleh faktor-faktor sebagai berikut:
1. Faktor Pengaruh kelembaban relatif udara setempat, adapun kondisi 40 < H < 80, dapat dilihat pada Gambar 3.6.
Gambar 3.6: Grafik susut kelembaban relatif H (%).
Maka, Khs = 1,4 − (0,01 × 50) = 0,9 %
2. Faktor pengaruh komponen ketebalan beton, berhubungan dengan cuaca dan air, dapat dilihat pada Gambar 3.7.
Gambar 3.7: Grafik susut ketebalan minimum d (cm).
76 Maka, Kds 9 − ( 7 × ) 8 cm
3. Faktor pengaruh konsistensi (slump) adukan beton, diambil maksimum penurunan 13 cm, dapat dilihat pada Gambar 3.8.
Gambar 3.8: Grafik susut slump, s (cm).
Maka, Kss = 0,89 + (0,016 × 13) = 1,098 cm
4. Faktor pengaruh agregat halus dalam beton dengan F= 45% <
50%, dapat dilihat pada Gambar 3.9.
Gambar 3.9: Grafik susut kehalusan F %.
Maka, Kfs = 0,3 + (0,014 × 45) = 0,93 %
77 5. Faktor pengaruh semen dalam beton, dapat dilihat pada Gambar
3.10.
Gambar 3.10: Grafik jumlah semen dalam beton (kg/m3).
Maka, Kbs = 0,75 + (0,034 × 850) = 29,65 Kg/m3
6. Pengaruh faktor kadar udara dalam beton, dapat dilihat pada Gambar 3.11.
Gambar 3.11: Grafik susut kadar udara, A (%).
Maka, Kacs = 0,95 + (0,008 × 4) = 0,982%
Dari faktor diatas maka nilai λcs yang ditentukan oleh kondisi campuran beton dan lingkungan pekerjaan adalah:
λcs = Khs.Kds.Kss.Kfs.Kbs. Kacs
= 0,9 % x 0,558 x 1,098 x 0,93 % x 29,65 x 0,982 %
= 14,93
εcs.u =780 x 10-6 λcs = 0,0116 εcs.t = ((t/35) + t) εcs.u = (
+ 28) x 0,0116 = 0,334
78 Maka, berdasarkan pada tabel 2.8 pada RSNI T-12-2004 koefisien standar susut maksimum untuk f’c 40 Mpa yaitu εcs.t sebesar 0,000153.
Rangkak
Berdasarkan RSNI T-12-2004 Koefisien standar rangkak beton sebagai tambahan regangan jangka panjang dipengaruhi oleh faktor-faktor sebagai berikut:
1. Faktor Pengaruh kelembaban relatif udara setempat, adapun kondisi H > 40, dapat dilihat pada Gambar 3.12.
Gambar 3.12: Grafik rangkak kelembaban relatif H (%).
Maka, Khc
= 1,27 − (0,0067 × 50) = 0,935 %
2. Faktor pengaruh komponen ketebalan beton, berhubungan dengan cuaca dan air, dapat dilihat pada Gambar 3.13.
Gambar 3.13: Grafik rangkak ketebalan minimum d (cm).
79 Maka, Kdc − ( 79 × ) 7 cm
3. Faktor pengaruh konsistensi (slump) adukan beton, diambil maksimum penurunan 13 cm, dapat dilihat pada Gambar 3.14.
Gambar 3.14: Grafik rangkak slump, s (cm).
Maka, Ksc
= 0,82 + (0,026 × 13) = 1,158 cm
4. Faktor pengaruh agregat halus dalam beton dengan F= 45% <
50%, dapat dilihat pada Gambar 3.15.
Gambar 3.15: Grafik rangkak kehalusan F %.
Maka, Kfc
= 0,88 + (0,0024 × 45) = 0,988 %
5. Faktor pengaruh kadar udara dalam beton 3% < 6%, dapat dilihat pada Gambar 3.16.
80 Gambar 3.16: Grafik rangkak kadar udara, A (%).
Maka, Kacc
= 1 %
6. Pengaruh umur beton saat dibebani saat kondisi Moist cured 7 days dengan = 28 hari, dapat dilihat pada Gambar 3.17.
Gambar 3.17: Grafik rangkak umur beton, t (hari) Maka, Ktoc
= 1,25 x (28-0,118) = 0,84
Dari faktor diatas maka nilai λcs yang ditentukan oleh kondisi campuran beton dan lingkungan pekerjaan adalah:
γcc = Khc.Kdc.Ksc.Kfc.Kbc. Kacc
= 0,935 % x 0,725 x 1,158 x 0,988% x 1% x 0,84
= 0,651
Berdasarkan RSNI T-12-2004 koefisien rangkak maksimum beton pada kuat tekan beton sebesar f’c 40 Mpa adalah Cu = 2,0.
81 Maka, didapat:
cc(t) = (t 0,6 / (10 + t0,6)) Cu =
x 2 = 0,850 Εe = 0,003 (regangan ultimit beton pasal 5.1.1.1)
Dari perhitungan faktor-faktor yang didapat maka didapat kondisi rangkak yang terjadi sebagai berikut:
εcc.t = cc(t) . εe = 0,850 × 0,003 = 0,00255
9. Beban gempa
Beban gempa diambil sebagai gaya horizontal yang ditentukan berdasarkan perkalian antara koefisien respons elastik (Csm) dengan berat struktur akivalen yang kemudian dimodifikasi dengan faktor modifikasi respons (Rd) dengan Pers. sebagai berikut:
EQ = x Wt Dimana :
Csm = (SDS – As)
+ As Diketahui:
Titik lokasi peninjauan adalah daerah kota medan.
Lokasi = Medan
Jenis tanah = Tanah Lunak (SE)
PGA = 0,13
Ss = 0,27
Fa (tanah lunak) = 2,436
FPGA (tanah lunak) = 2,26 (interpolasi)
S1 (0,15-0,2) = 0,18
Fv = 3,26 (interpolasi)
As (FPGA x PGA) = 0,2938
SDS (Fa x Ss ) = 0,6577
SD1 (Fv x S1) = 0,5868
TS (SD1 / SDs) = 0,892
82
T0 (0,2 x Ts) = 0,1784
Dimana rumus perioda alami:
T = 2 x π x √Wt / (g x Kp)
- Luas penampang pier wall A = B x h = 1,825 m2
- Tebal penampang pier h = 2,2
- Tinggi pier wall Lc = 9
- Tinggi pier wall (Ic) = 1/2xBe x h3 = 2,075 - Mutu beton K-350 fc' = 0.83 x K/10
= 29,05 Mpa
- Modulus elastisitas beton Ec = 4700√fc'
= 2583153709 kg/m - Nilai kekakuan
pier Kp =
3 x Ec x Ic/Lc³
= 33523594,8 - Percepatan
grafitasi g = 9,81 m/dtk²
- berat total
struktur Wt = 474012,5 kg
T = 2 x π x √Wt / (g x Kp) = 0,233735
Maka didapat nilai respon spektrum gempa pada tanah lunak pada Tabel 3.5.
Tabel 3.5: Spektrum respon desain.
TANAH LUNAK
T(detik) SA(g)
0 0,2938
0,17843 0,6577
0,89217 0,6577
0,99217 0,59143
1,09217 0,53728
1,19217 0,49221
1,29217 0,45412
1,39217 0,4215
1,49217 0,39325
1,59217 0,36855
1,69217 0,34677
1,79217 0,32742
1,89217 0,31012
1,99217 0,29455
83 Csm = 0,29455
Wt (Berat total struktur yang terdiri dari beban mati dan beban hidup yang sesuai)
1. Beban mati:
Beban box girder = 19622,5 x 20 = 392450 kg Berat pembatas = 25,55 x 20 = 50100 kg 2. Beban Mati tambahan:
Berat bantalan = 549,12 x 67 x 2 = 39090,48 kg Berat rel = 201,6 x 20 = 1008 kg Berat balas = 8500 x 20 = 170000 kg Genangan air = 425 x 20 = 8500 kg 3. Beban Hidup:
Beban kereta api = 144000 x 2 = 288000 kg 4. Berat sendiri pier = 282093,75 kg
Maka, nilai Wt adalah:
Wt = 392450 + 50100 + 39090,48 + 1008 + 170000 + 8500 + 288000 + 282093,75
= 1152186,4 kg
R = 1,5 ( sangat penting, dari Bab 2 Tabel 2.13)
Dari hasil analisis yang didapat, maka besarnya beban gempa dapat dihitung dengan rumus:
EQ = x Wt EQ =
x 1152186,4 EQ = 226251,003 kg.
EQ = 226251,003/(L*lebar bentang) EQ = 226251,003/(20*10,5)
= 1,077,38 kg/m
84 3.5. Perencanaan Spring
Tebal pelat injak direncanakan adalah 25 cm, panjang pelat injak disesuaikan dengan pilar yang direncanakan 4,4 m, sedangkan lebar pelat injak tersebut diambil 2 m. Menurut Bowles bahwa untuk menentukan besarnya modulus reaksi tanah dasar didasarkan pada daya dukung tanah dengan penurunan tanah ( ) I inchi = 0,0254 m.
Ks =
=
Nc = 12,9
Nq = 4,4 N = 2,5 C =1,8 ton/m2 = 1,6272 ton/m2 D = 0,85
B = 2
Quit = cNc + D Nqm+ 0,5 B N
= (1,8 x 12,9) + (0,85 x 1,6272 x 4,4) +(0,5x 1,6272 x 2 x 2,25)
= 28,668 ton/m Jadi,
Ks = 40 x 28,668
= 1146,72 ton/m3
Maka untuk 2 spring jarak 4,3 m yaitu:
Ks = 4,3 x 1146,72
= 44930,896 ton/m2 3.6. Data Perencanaan Pilar
Pilar yang akan direncakan memiliki 3 model yang berbeda dan mutu yang berbeda setiap 1 model pilar, pada suatu jembatan yang sama dan lokasi yang sama dimana jembatan akan dibangun dengan panjang 40 m dan lebar 10,5 m dengan 2 jalur perlintasan kereta api.
85 3.6.1. Data bahan yang akan dipakai
Kriteria Perencanaan Pilar Jembatan Penentuan kriteria perencanaan untuk pilar tergantung pada tipe dan jenis pilar yang dipilih. Dalam hal ini membatasi diri pada pilar yang dibuat dari beton bertulang, sehingga seluruh aspek perencanaan didasarkan atas perilaku beton bertulang. Ada 3 jenis beton yang dikenal pada saat sekarang yaitu: Beton mutu tinggi (K-400, K450, K-500 dan K-600); Beton mutu sedang (K-250, K-300, dan K-350); Beton mutu rendah (K-125 dan K-175).
Bahan 1
a. Mutu beton = K- 500
b. Kuat tekan beton (fc’) = 41,5MPa
c. Modulus elastilitas = 4700 x √(fc‟) = 30277, 63 MPa d. Angka poisson, U = 0,2
e. Koefisien muai panjang, A = 1 x 10-5
Bahan 2
a. Mutu beton = K-350
b. Kuat tekan beton (fc’) = 29,05 MPa
c. Modulus elastilitas = 4700 x √(fc‟) = 25332,08 MPa d. Angka poisson, U = 0,2
f. Koefisien muai panjang = 1 x 10-5